Trocha terminologie z teorie systémů. Algoritmy prostorových analýz Karel Jedlička Pouze podkladové texty k přednáškám

Transkript

1 Trocha terminologie z teorie systémů Algoritmy prostorových analýz Karel Jedlička Pouze podkladové texty k přednáškám Vznik materiálu byl podpořen z projektu FRVŠ č. 584/2011

2 Stránky předmětu: O předmětu

3 Motto Vymezení každého abstraktního pojmu je možné vždy jen použitím vhodného dorozumívacího jazyka. Zvolíme-li pro tyto účely běžný hovorový jazyk, bude získaná teorie sice velmi nepřesná, bude však adaptabilnější ke konkrétním potřebám. Zvolíme-li jazyk matematiky, pak bude přesnost a adaptabilita teorie závislá na stupni exaktnosti této matematiky. (Žampa)

4 Definujte následující pojmy analýza syntéza modelování simulace model objekt reálný systém abstraktní

5 Objekt a systém Objekt je ucelená část systému (která je předmětem zkoumání) komunikující s okolím. Každý zkoumaný objekt je v interakci se svým okolím. Vlastnosti objektu nejsou určovány pouze vlastnostmi jeho částí, ale mohou být též ovlivňovány vlastnostmi celku, jehož je objekt součástí. Vlastnosti objektu jsou vymezeny vlastnostmi všech objektů, které mohou zkoumaný objekt ovlivnit.

6 Objekt a systém Soubor objektů, které ovlivňují zkoumaný objekt nazveme systémem. Vlastnosti systému jsou (v idealizovaném smyslu / z hlediska zkoumané problematiky) nezávislé na okolí, tj. není třeba zkoumat širší soubor objektů. Jedná-li se o soubor přímo pozorovaných objektů, nazýváme takovýto systém reálným systémem. Abstraktní systém je potom popisem (teorií) reálného systému nebo předloha/projekt systému, který bude realizován. Jedná se o model reálného systému uzavřený soubor reprezentace objektů (a jejich vlastností) reálného systému zapsaný ve zvoleném jazyce / prostředí.

7 Objektově orientovaný přístup Objekt a jeho reprezentace Objekt můžeme chápat jako část reálného světa (systému), která tvoří funkční samostatný celek komunikující s okolním světem přes jasně identifikovatelná rozhraní. Okolní svět tak nemusí mít povědomí o vnitřním fungování objektu, stačí že ví, jak s ním komunikovat přes jeho rozhraní (v OOP označováno jako zapouzdření). V digitálním prostředí je objekt reálného světa reprezentován jako objekt modelu. Ten má definované svoje vlastnosti, způsoby chování (metody) a způsoby interakce s okolím (zprávy). Vlastnosti, metody a zprávy tvoří komunikační rozhraní objektu. Při reprezentaci reálného objektu v modelu nutně dochází k zjednodušování (generalizaci) takových jeho vlastností, které jsou z hlediska účelu modelování nepodstatné.

8 Modelování a simulace Modelování je proces tvorby modelu. Mohou se používat nejrůznější modelovací metody a techniky, které odvisí od modelu, který má být jejich výsledkem. Simulace je využití modelu pro odhad chování systému.

9 Modelování a simulace Proč modelovat? Dochází k systematizaci myšlenkových procesů. Model usnadňuje komunikaci v týmu. Pro výchovu a výcvik. Pro následné experimenty na modelu místo v realitě. Proč simulovat? Pro výchovu a výcvik. Pomocí simulace se snažíme chápat fungování reálného systému (náhrada za experimenty na reálném systému). Zjišťujeme nakolik má který vstupní parametr vliv například na míru efektivity systému.

10 Model Model je abstraktní popis reálného systému, který je vytvářen (modelován) za určitým účelem. Vzhledem ke komplexnosti reálných systémů, není vždy možné modelovat veškeré jejich aspekty. Model je proto většinou tvořen pro zkoumání určitých jevů v systému (za určitým účelem). Chování modelu by, z hlediska účelu modelu, mělo odpovídat chování modelovaného systému. Míra podobnosti chování modelu a systému závisí na komplexnosti systému, na zvoleném jazyce popisu systému a v neposlední řadě i na schopnostech návrhářů modelu.

11 Model Model se skládá z: Komponent a jejich vazeb (jednotlivých částí modelu, některé jsou black boxes, některé white boxes ). Proměnných (dat uložených v modelu). Parametrů (fixní, většinou I/O, proměnné). Funkčních vztahů (procesů).

12 Model Je-li model věrný ve všech myslitelných experimentálních rámcích, hovoříme o základním modelu. Takový model plně vysvětluje chování studovaného systému. Pro většinu reálných systémů neexistuje úplný popis základního modelu nebo je natolik složitý, že jej nelze využít pro simulaci. Častěji jsou popsány pouze (hlavní) konkrétní rysy systému. Potom hovoříme o pracovním modelu, který je validní vůči určitým experimentálním rámcům.

13 Model Pracovní model vzniká sdružováním a agregací komponent základního modelu. Je třeba si uvědomit, že změna v komponentách systému vyvolá změnu i v dalších částech modelu, ve vazbách, procesech a proměnných. Předpokladem pro zjednodušování modelu je vypouštění takových jeho komponent(/procesů/vazeb), které mají malý vliv na změnu chování modelu oproti reálnému systému v daném experimentálním rámci. Shrnutí: Model musí být realizovatelný ve výpočetním prostředí, a proto nutně dochází ke zjednodušování základního modelu na pracovní model, důležité je, aby byla stále udržena validita (ekvivalence) modelu vůči reálnému systému. V praxi se někdy nepopisuje celý systém jedním modelem. Modely se pak dělí na převážně statické modely (modely struktury systému, např. databázové struktury) a převážně dynamické modely (modely procesů / chování systému).

14 Model Modely se dále dělí na převážně statické modely (modely struktury systému, např. databázové struktury) a převážně dynamické modely (modely procesů / chování systému).

15 Model Pokud to jde, tvoříme model na základě analýzy reality a následně podle nějaké vytvořené teorie. Vzniká analytický model. Někdy to nejde a systém, resp. některé jeho komponenty jsou pro nás černou skříňkou. Nezbývá než model vytvářet na základě statistických odhadů chování systému, získaných jeho pozorováním. Někteří autoři hovoří o simulaci až se zavedením právě těchto odhadů. Výsledný model je označován jako simulační model.

16 Model V počítačovém modelu při simulaci neprobíhá děj stejné fyzikální podstaty jako v reálném systému! Přírodní vědy na rozdíl od společenských snáze nacházejí analytické modely.

17 Modelování realita simulace analýza/modelování Počítačový model programování Pojmový model

18 Ověření věrohodnosti modelu realita' realita validace kvalifikace simulace Věrohodnost analýza/modelování Počítačový model programování Pojmový model verifikace

19 Ověření věrohodnosti modelu Lze rozlišovat několik druhů validity: Replikativně validní model reálně reprodukuje data reálného systému. Prediktivně validní model poskytuje data dřív než reálný systém, validita se ověřuje zpětně. Strukturně validní model Nejen že věrně reprodukuje pozorovaná data, navíc věrně odráží způsob činnosti reálného systému (analytické modely). Ověřit věrohodnost modelu a modelovaného reálného systému lze pouze a jedině konfrontací modelu s realitou. Míra validity modelu je vždy omezena mírou poznání reality. Model se jeví validní, pokud nerozeznáváme rozdíl od reality. To neznamená, že rozdíl neexistuje, pouze jej na stávající úrovni poznání nejsme schopni zaznamenat.

20 Zpracování geodat Vytvořte nepravidelnou trojúhelníkovou síť z ukázkových dat DMR 4. a 5. generace, poskytovaných ČÚZK na jejich geoportálu. Obě sítě vzájemně porovnejte. Vytvořte nepravidelnou trojúhelníkovou síť z ukázkových dat DMP 1. generace, poskytovaných ČÚZK na jejich geoportálu. DMR 5.G porovnejte s DMP 1.G.

21 Zdroje Cendelín, J. Kindler, E. Modelování a simulace /. 1.vyd. Plzeň : ISBN CSL. WordNet Search Cognitive Science Laboratory (CSL), Princeton University. Princeton, 221 Nassau St., NJ [Online]. < ESCA. Definition of Terms to Support the ECSA Standards and Procedures System. Engineering Council of South Africa (ESCA) Standards and Procedures System [Online]. < ]. GOOGLE Define analysis [Online]. < 8&client=firefox-a&rls=org.mozilla:en-US:official>. Hušek, R., Lauber, J. Simulační modely. SNTL Nakladatelství technické literatury. Praha Jedlička, K. Ekvivalence systému a modelu v procesu modelování GIS. Západočeská univerzita v Plzni. Interní dokument dostupné z intranetu KMA Page-Jones, M. Voráček, K. Základy objektově orientovaného návrhu v UML. 1. vyd. Praha : ISBN X. RIT. Bloom s Level of Thinking & Questioning. Rochester Institute of Technology (RIT). [Online]. < _bloom.htm>. Zítek, P. Simulace dynamických systémů. SNTL Nakladatelství technické literatury. Praha Žampa, P. Základy teorie systémů. Západočeská univerzita v Plzni.